[发明专利]金刚石串珠、制备方法及无基体支撑层的绳锯

说明书

技术领域

本发明公开一种金刚石串珠、制备方法及不需要基体支撑层的金刚石绳锯，按国际专利分类表(IPC)划分属于金刚石工具元件技术领域，尤其是涉及一种利用金属粉末注塑成型工艺（MIM）生产金刚石串珠，该串珠是金刚石绳锯或线锯的重要构成元件。

背景技术

金刚石绳锯是由圆筒状的金刚石串珠串到钢丝绳上，再通过橡塑间隔套将每个串珠固定起来，形成完整的金刚石绳锯，其中圆筒状的金刚石串珠是由圆筒状基体层B和上面的含金刚石颗粒工作层A构成，见图1所示。这是目前金刚石串珠的通用结构。

金刚石绳锯应用是从1970年开始并推广的，由于它长度可针对切割对象的大小进行调整，弯曲度好，对切割环境适用性强，因而被广泛应用于花岗石、大理石矿山开采切割及石材加工厂内的异形、弧形石制品切割等，另外金刚石绳锯也可应用于混凝土立柱等建筑的切割。

现有的金刚石绳锯外径(金刚石串珠)在Φ7-Φ11毫米，其中，金刚石串珠基本生产工艺流程如下：先将圆筒状串珠基体备好，将金属粉和金刚石拌匀，然后装入金属冷压模上冷压，即将工作层冷压到串珠基体上，或者先冷压一工作层圈再套到基体上，形成形状相近的粗坯，然后将冷压好的粗坯置于石墨模具中，放入热压机中热压烧结成形。另一种烧结工艺是将冷压好的粗坯直接放入氢气炉中烧结成型，除此之外，烧结还有采用热等静压工艺。除以上所述工艺，还有通过电镀及钎焊工艺将金刚石直接结合在基体表面而形成金刚石串珠，但该产品只限用于大理石等软性材料的切割，否则由于只有单层金刚石而使用寿命较短。

由于金刚石绳锯生产中，金刚石串珠的生产工艺主要是冷压成型烧结工艺，该工艺通常是将原材料放置于普通的冷压成型模具中冷压出初坯，然后将初坯和串珠基体一起在高温热压机（700-900度）烧结成型或在高温炉中烧结成型。该传统工艺生产效率较低。传统生产金刚石串珠的工艺同时涉及到金刚石串珠中需要设置一个环形基体，该基体与含金刚石的工作层相结合后成金刚石串珠。传统金刚石串珠设置一层基体的目的是可在基体内壁加工螺纹状沟槽，该沟槽在金刚石串珠与钢丝绳固定时，串珠旁边的为固定串珠的橡塑材料，可在橡塑材料成型时挤入螺纹状沟槽中，另一方面，基体层长度比串珠工作层大，形成台阶状，该台阶基体也可嵌入橡塑材料层中，使得串珠在切割过程中不易转动而失效。但是，1mm左右的基体，可使得整体金刚石绳锯的外径增加，生产成本较高。另一方面金刚石绳锯的外径增加，使得切割石材时切缝增大，造成石材原料的极大浪费。例如在花岗岩的切割领域，一方面金刚石绳锯的每平方米的切割费用比金刚石圆盘锯或砂锯的成本高，因而无法取代金刚石圆盘锯和砂锯的使用；另一方面目前市场上通用的小直径绳锯，其外径是7.2mm，切缝相对较宽，也限制了它在花岗石大板上的切割使用。

以上这两点因素，使得金刚石绳锯在石材荒料的加工切割方面无法大规模地推广使用。

为解决大规模生产成本问题，国外文献有论述过利用金属粉末领域的金属粉末注塑成型（MIM）工艺来生产金刚石工具的技术。该工艺基本原理与金属粉末注塑成型工艺相类似，即利用现有的一种制造复杂的金属元件的冶金工艺，为适合金刚石元件特点而作一些调整创新。原有的金属粉末注塑成型工艺是首先将超细金属预合金粉末与聚烯烃等热塑性有机粘结剂均匀混合，经制粒后置于注塑机中加热约150℃，注塑入已开有产品模的模腔中，就会固化成型。将固化成型的粗坯中的有机粘结剂通过脱脂炉或通过化学溶液脱脂等方法脱除有粘结剂，最后将毛坯放入高温炉中最终烧结成型。